文獻(xiàn)綜述--王協(xié)平

1、基于D類功放家用音響的設(shè)計文獻(xiàn)綜述專業(yè)：電子信息工程 班級：11電信（師范）1班 作者：王協(xié)平 指導(dǎo)老師：曾旺輝摘要：本文介紹了大功率D類音頻放大電路的設(shè)計，比較了他們各自的優(yōu)缺點，重點分析了音頻放大器的原理.D類音頻放大器采用脈寬調(diào)制（PMW）信號而不是AB放大器通常采用的線性信號，D類放大器比AB類放大器效率高的多，利用上述技術(shù)原理，輸出級的損率變得極低.本文中的D類音頻功率放大器的功率器件受一高頻脈寬調(diào)制信號的控制，使其工作在開關(guān)狀態(tài)，理論上效率可達(dá)100%，但其不足之處在于會產(chǎn)生高頻干擾及噪聲.本文具體論述了一種基于晶體管的D類音頻功率放大器的設(shè)計組成.關(guān)鍵詞：PWM調(diào)制；功率放大；電

2、壓開關(guān)型驅(qū)動電路1引言隨著音響系統(tǒng)的數(shù)字化以及便攜式產(chǎn)品的市場化,D類功放作為模擬功放的替代產(chǎn)品,越來越被市場所接納。但目前分析D類功放輸出功率及效率還沒有統(tǒng)一方法,文中利用數(shù)字功放的等效電路,分析了負(fù)載端輸出電流的波形以及負(fù)載電流的平均值;建立了分析輸出功率以及輸出效率的較精確的數(shù)學(xué)模型,通過實驗證明與實際相符。高效率的音頻放大器不只是在便攜式的設(shè)備中需要,在大功率的電子設(shè)備中也需要。因為,功率越大,效率也就越重要。而隨著人們的居住條件的改善,高保真音響設(shè)備和更高擋的家庭影院也逐漸開始興起。在這些設(shè)備中,往往需要幾十瓦甚至幾百瓦的音頻功率。這時,低失真、高效率的音頻放大器就成為其中的關(guān)鍵部件

3、。D類放大器的高效率除了節(jié)省電源器件的成本以外亦節(jié)省電源的浪費或電池的消耗,優(yōu)化了整個材料系統(tǒng)及使用環(huán)境，所以它必然會在以后的社會生活中發(fā)揮更大的作用。D 類功放以其顯著的特點和優(yōu)良的性能，已廣泛應(yīng)用于車用數(shù)字影音娛樂、PDA 、MP4 、移動電話、高清電視、平板電視等領(lǐng)域。隨著應(yīng)用環(huán)境對產(chǎn)品體積、效率、音質(zhì)、省電等方面的要求，D 類功放將逐漸成為音頻設(shè)計人員的首選。1.1 功率放大器的分類以及發(fā)展概況傳統(tǒng)的音頻功率放大器主要有A類(甲類)、B類(乙類)和AB(甲乙類)。A類功率放大器在整個輸入信號周期內(nèi)都有電流連續(xù)流過功率放大器件，它的優(yōu)點是輸出信號的失真比較小，缺點是輸出信號的動態(tài)范圍小、

4、效率低，理想情況下其最高效率為50。 B類功率放大器在整個輸入信號周期內(nèi)功率器件的導(dǎo)通時間為50，它的優(yōu)點是在理想情況下效率可達(dá)785，但缺點是會產(chǎn)生交越失真，增加噪聲。 AB類(甲乙類)功率放大器是以上兩種放大器的結(jié)合，每個功率器件的導(dǎo)通時間在50100之間，兼有甲類失真小和乙類效率高的特點，其工作效率介于二者之間。 然而，傳統(tǒng)音頻功率放大器效率偏低，體積偏大的缺點與音頻功率放大高效、節(jié)能和小型化的發(fā)展趨勢的矛盾，使得D類(丁類)音頻功率放大器得以出現(xiàn)和發(fā)展。本系統(tǒng)即采用D類功率放大實現(xiàn)，并用單電源供電，符合現(xiàn)代社會對電源小巧、便攜要求的實際需要。它的最大特點就是它能夠在保持最低的失真情況下

5、得到最高的效率。 D類功率放大器又叫開關(guān)型功率放大器，現(xiàn)在又有人稱之為數(shù)字功率放大器。它利用晶體管的高速開關(guān)特性和低的飽和壓降的特點，效率很高，理論上可以達(dá)到100%，實際上可以達(dá)到90%。此電路不需要嚴(yán)格的對稱，也不需要復(fù)雜的直流偏置和負(fù)反饋，使穩(wěn)定性大大提高。用同樣的功耗的管子可得到比AB類放大器高4倍功率的輸出。 D類功放的功率器件受一高頻脈寬調(diào)制( PWM) 脈沖信號的控制,使其工作在開關(guān)狀態(tài), D類放大器的電路共分為三級：輸入開關(guān)級、功率放大級及輸出濾波級。能極大地降低能源損耗，減小放大器體積，在體積、效率和功耗上要求較高的場合具有很大的優(yōu)勢。另外，現(xiàn)代保真音響系統(tǒng)常采用數(shù)字音頻設(shè)備

6、如CD、DAT（digital audio tape），近年發(fā)展起來的DVD、計算機(jī)多媒體設(shè)備、MP3等也都是數(shù)字音頻信號源。數(shù)字音頻信號采用脈沖編碼調(diào)制技術(shù)（PCM），信號分辨率通常為12位或16位，采樣頻率為44.1KHZ（CD）或48KHZ（DAT）。由于數(shù)字信號在存儲、傳輸和數(shù)據(jù)出來上的優(yōu)點，使人們開始追求數(shù)字式功放代替?zhèn)鹘y(tǒng)的模擬功放，這也使得D類功率放大器受到更大的關(guān)注。D類放大器雖然具有很高的效率,但由于功率晶體管的開關(guān)工作方式,D 類放大器引入的失真通常大于線性放大器,這是目前D 類放大器在音頻放大領(lǐng)域并未得到廣泛應(yīng)用的主要原因。隨著半導(dǎo)體及微電子制造技術(shù)的不斷發(fā)展,高速、大功率

7、器件已越來越多,人們對音頻功率放大器的要求更加趨向高效、節(jié)能和小型化,所以D 類(丁類) 音頻功率放大器越來越受到人們的重視。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢音頻功率放大器是一個技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟的領(lǐng)域，幾十年來，人們?yōu)橹冻隽瞬恍傅呐?，無論從線路技術(shù)還是元器件方面，乃至于思想認(rèn)識上都取得了長足的進(jìn)步。音頻放大器已經(jīng)有快一個世紀(jì)的歷史了,最早的電子管放大器的第一個應(yīng)用就是音頻放大器。然而直到現(xiàn)在為止,它還在不斷地更新、發(fā)展、前進(jìn)。主要因為人類的聽覺是各種感覺中的相當(dāng)重要的一種,也是最基本的一種。為了滿足它的需要,有關(guān)的音頻放大器就要不斷地加以改進(jìn)。尤其進(jìn)入21世紀(jì)以后,隨著各種便攜式的電子設(shè)備

8、的發(fā)展。從作為通訊工具的手機(jī),到作為娛樂設(shè)備的MP3播放機(jī),已經(jīng)快成為人人具備的便攜式電子設(shè)備。我們所研究的功率放大器就是將輸入小信號轉(zhuǎn)化為輸出大信號的裝置。其中功率放大器又有諧振功率放大器與非諧振功率放大器之分?？偟膩碚f，放大器有A（甲）類，B（乙）類，AB（甲乙）類，D類放大器等。何為高效的功率放大器。就此設(shè)計來說，電壓放大20倍左右，電流輸入為MA級，輸出為A級。效率為80%已經(jīng)是很高要求的高效率功率放大器了。所有這些便攜式的電子設(shè)備的一個共同點就是都有音頻輸出,也就是都需要有一個音頻放大器;另一個特點就是它們都是電池供電的。都希望能夠有較長的使用壽命。就是在這種需求的背景下,D類放大器

9、應(yīng)運而生了。它的最大特點就是它能夠在保持最低的失真情況下得到最高的效率。高效率的音頻放大器不只是在便攜式的設(shè)備中需要,在大功率的電子設(shè)備中也需要。因為,功率越大,效率也就越重要。而隨著人們的居住條件的改善,高保真音響設(shè)備和更高擋的家庭影院也逐漸開始興起。在這些設(shè)備中,往往需要幾十瓦甚至幾百瓦的音頻功率。這時,低失真、高效率的音頻放大器就成為其中的關(guān)鍵部件。D類放大器在這些設(shè)備中也扮演了極重要的角色。通過研究 ,我們認(rèn)為國際國內(nèi)專業(yè)部門應(yīng)盡快制訂類數(shù)字音頻功率放大器檢測方法標(biāo)準(zhǔn) ,同時應(yīng)盡快將類數(shù)字音頻功率放大器檢測方法標(biāo)準(zhǔn) ,同時應(yīng)盡快將類數(shù)字音頻功率放大器內(nèi)容編人高教教材 ,改變數(shù)字 、科研

10、落后于應(yīng)用的現(xiàn)狀 。D類功放的功率器件受一高頻脈寬調(diào)制( PWM) 脈沖信號的控制,使其工作在開關(guān)狀態(tài), D類放大器的電路共分為三級：輸入開關(guān)級、功率放大級及輸出濾波級。能極大地降低能源損耗，減小放大器體積，在體積、效率和功耗上要求較高的場合具有很大的優(yōu)勢。另外，現(xiàn)代保真音響系統(tǒng)常采用數(shù)字音頻設(shè)備如CD、DAT（digital audio tape），近年發(fā)展起來的DVD、計算機(jī)多媒體設(shè)備、MP3等也都是數(shù)字音頻信號源。數(shù)字音頻信號采用脈沖編碼調(diào)制技術(shù)（PCM），信號分辨率通常為12位或16位，采樣頻率為44.1KHZ（CD）或48KHZ（DAT）。由于數(shù)字信號在存儲、傳輸和數(shù)據(jù)出來上的優(yōu)點，

11、使人們開始追求數(shù)字式功放代替?zhèn)鹘y(tǒng)的模擬功放，這也使得D類功率放大器受到更大的關(guān)注。D類放大器雖然具有很高的效率,但由于功率晶體管的開關(guān)工作方式,D 類放大器引入的失真通常大于線性放大器,這是目前D 類放大器在音頻放大領(lǐng)域并未得到廣泛應(yīng)用的主要原因。隨著半導(dǎo)體及微電子制造技術(shù)的不斷發(fā)展,高速、大功率器件已越來越多,人們對音頻功率放大器的要求更加趨向高效、節(jié)能和小型化,所以D 類(丁類) 音頻功率放大器越來越受到人們的重視。D類放大器是目前音頻播放器的非常有前途的發(fā)展方向，他更好地適應(yīng)了便攜式電子音頻設(shè)備對功率放大器的高效率，低失真的的發(fā)展要求。1.3 D類功放的工作原理由于集成電路技術(shù)的發(fā)展，原

12、來用分立元件制作的很復(fù)雜的調(diào)制電路，現(xiàn)在無論在技術(shù)上還是在價格上均已不成問題。而且近年來數(shù)字音響技術(shù)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)D類功放與數(shù)字音響有很多相通之處，進(jìn)一步顯示出D類功放的發(fā)展優(yōu)勢。D類功放是放大元件處于開關(guān)工作狀態(tài)的一種放大模式。無信號輸入時放大器處于截止?fàn)顟B(tài)，不耗電。工作時，靠輸入信號讓晶體管進(jìn)入飽和狀態(tài)，晶體管相當(dāng)于一個接通的開關(guān)，把電源與負(fù)載直接接通。理想晶體管因為沒有飽和壓降而不耗電，實際上晶體管總會有很小的飽和壓降而消耗部分電能。這種耗電只與管子的特性有關(guān)，而與信號輸出的大小無關(guān)，所以特別有利于超大功率的場合。在理想情況下，D類功放的效率為100%，B類功放的效率為78.5%，A類

13、功放的效率才50%或25%（按負(fù)載方式而定）。D類功放實際上只具有開關(guān)功能，早期僅用于繼電器和電機(jī)等執(zhí)行元件的開關(guān)控制電路中。然而，開關(guān)功能（也就是產(chǎn)生數(shù)字信號的功能）隨著數(shù)字音頻技術(shù)研究的不斷深入，用與Hi-Fi音頻放大的道路卻日益暢通。20世紀(jì)60年代，設(shè)計人員開始研究D類功放用于音頻的放大技術(shù)，70年代Bose公司就開始生產(chǎn)D類汽車功放。一方面汽車用蓄電池供電需要更高的效率，另一方面空間小無法放入有大散熱板結(jié)構(gòu)的功放，兩者都希望有D類這樣高效的放大器來放大音頻信號。其中關(guān)鍵的一步就是對音頻信號的調(diào)制。圖1.3_1是D類功放的基本結(jié)構(gòu)，可分為三個部分：圖1.3_1D類功放基本結(jié)構(gòu)第一部分為

14、調(diào)制器，最簡單的只需用一只運放構(gòu)成比較器即可完成。把原始音頻信號加上一定直流偏置后放在運放的正輸入端，另通過自激振蕩生成一個三角形波加到運放的負(fù)輸入端。當(dāng)正端上的電位高于負(fù)端三角波電位時，比較器輸出為高電平，反之則輸出低電平。若音頻輸入信號為零、直流偏置三角波峰值的1/2，則比較器輸出的高低電平持續(xù)的時間一樣，輸出就是一個占空比為1：1的方波。當(dāng)有音頻信號輸入時，正半周期間，比較器輸出高電平的時間比低電平長，方波的占空比大于1：1；負(fù)半周期間，由于還有直流偏置，所以比較器正輸入端的電平還是大于零，但音頻信號幅度高于三角波幅度的時間卻大為減少，方波占空比小于1：1。這樣，比較器輸出的波形就是一個

15、脈沖寬度被音頻信號幅度調(diào)制后的波形，稱為PWM（Pulse Width Modulation脈寬調(diào)制）或PDM（Pulse Duration Modulation脈沖持續(xù)時間調(diào)制）波形。音頻信息被調(diào)制到脈沖波形中。第二部分就是D類功放，這是一個脈沖控制的大電流開關(guān)放大器，把比較器輸出的PWM信號變成高電壓、大電流的大功率PWM信號。能夠輸出的最大功率有負(fù)載、電源電壓和晶體管允許流過的電流來決定。第三部分需把大功率PWM波形中的聲音信息還原出來。方法很簡單，只需要用一個低通濾波器。但由于此時電流很大，RC結(jié)構(gòu)的低通濾波器電阻會耗能，不能采用，必須使用LC低通濾波器。當(dāng)占空比大于1：1的脈沖到來時

16、，C的充電時間大于放電時間，輸出電平上升；窄脈沖到來時，放電時間長，輸出電平下降，正好與原音頻信號的幅度變化相一致，所以原音頻信號被恢復(fù)出來，見圖1.3_2。圖1.3_2模擬D類功放工作原理D類功放設(shè)計考慮的角度與AB類功放完全不同。此時功放管的線性已沒有太大意義，更重要的開關(guān)響應(yīng)和飽和壓降。由于功放管處理的脈沖頻率是音頻信號的幾十倍，且要求保持良好的脈沖前后沿，所以管子的開關(guān)響應(yīng)要好。另外，整機(jī)的效率全在于管子飽和壓降引起的管耗。所以，飽和管壓降小不但效率高，功放管的散熱結(jié)構(gòu)也能得到簡化。若干年前，這種高頻大功率管的價格昂貴，在一定程度上限制了D類功放的發(fā)展。現(xiàn)在小電流控制大電流的MOSFE

17、T已普遍運用于工業(yè)領(lǐng)域，特別是近年來UHC MOSFET已在Hi-Fi功放上應(yīng)用，器件的障礙已經(jīng)消除。調(diào)制電路也是D類功放的一個特殊環(huán)節(jié)。要把20KHz以下的音頻調(diào)制成PWM信號，三角波的頻率至少要達(dá)到200KHz。頻率過低達(dá)到同樣要求的THD標(biāo)準(zhǔn)，對無源LC低通濾波器的元件要求就高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。頻率高，輸出波形的鋸齒小，更加接近原波形，THD小，而且可以用低數(shù)值、小體積和精度要求相對差一些的電感和電容來制成濾波器，造價相應(yīng)降低。但此時晶體管的開關(guān)損耗會隨頻率上升而上升，無源器件中的高頻損耗、謝頻的取膚效應(yīng)都會使整機(jī)效率下降。更高的調(diào)制頻率還會出現(xiàn)射頻干擾，所以調(diào)制頻率也不能高于1MHz。同時，

18、三角波形的形狀、頻率的準(zhǔn)確性和時鐘信號的抖晃都會影響到以后復(fù)原的信號與原信號不同而產(chǎn)生失真。所以要實現(xiàn)高保真，出現(xiàn)了很多與數(shù)字音響保真相同的考慮。還有一個與音質(zhì)有很大關(guān)系的因數(shù)就是位于驅(qū)動輸出與負(fù)載之間的無源濾波器。該低通濾波器工作在大電流下，負(fù)載就是音箱。嚴(yán)格地講，設(shè)計時應(yīng)把音箱阻抗的變化一起考慮進(jìn)去，但作為一個功放產(chǎn)品指定音箱是行不通的，所以D類功放與音箱的搭配中更有發(fā)燒友馳騁的天地。實際證明，當(dāng)失真要求在0.5%以下時，用二階Butterworth最平坦響應(yīng)低通濾波器就能達(dá)到要求。如要求更高則需用四階濾波器，這時成本和匹配等問題都必須加以考慮。近年來，一般應(yīng)用的D類功放已有集成電路芯片，

19、用戶只需按要求設(shè)計低通濾波器即可。2D類功放技術(shù)研究綜述2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)2.1.1 開環(huán)和閉環(huán)結(jié)構(gòu)D類音頻功放有開環(huán)和閉環(huán)兩種結(jié)構(gòu)，其中開環(huán)結(jié)構(gòu)的特點：高效、面積小、沒有增益控制、電源抑制比（PSRR）為0、諧波總失真（THD）嚴(yán)重、信噪比差等，實際應(yīng)用中幾乎不采用這種結(jié)構(gòu)。閉環(huán)結(jié)構(gòu)是將檢測輸出波形反饋到放大器的輸入端，并通過控制環(huán)路對輸出進(jìn)行校正。閉環(huán)方案不僅可以改善系統(tǒng)的線性而且使系統(tǒng)具備一定的PSRR（一般可達(dá)80dB）。要保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，必須精心設(shè)計控制環(huán)路并進(jìn)行補償，確保在任何工作條件下都能保證穩(wěn)定。2.1.2 全橋和半橋結(jié)構(gòu)如圖2.1.2_1、2.1.2_2所示，D

20、類功放可以歸類成兩種拓?fù)?，分別是半橋和全橋結(jié)構(gòu)每種拓?fù)涠加懈饔欣?。簡而言之半橋簡單，而全橋在音頻性能上更好一些，全橋拓?fù)湫枰獌蓚€半橋功放，這樣就需要更多的元器件。全橋拓?fù)涞墓逃胁罘州敵鼋Y(jié)構(gòu)可以消除諧波失真和直流偏置，就像在AB功放中一樣。另外，全橋拓?fù)湓试S使用更好的PWM調(diào)制方案。比如量化幾乎沒有錯誤的三水平 PWM 方案。在半橋拓?fù)渲校?電源面臨從功放返回來的能量而導(dǎo)致嚴(yán)重的母線電壓波動的問題， 特別是當(dāng)功放輸出低頻信號到負(fù)載時， 波動更為嚴(yán)重。 能量回流到電源是D類功放的一個基本特性。 而在全橋中的一個臂傾向于消耗另一個臂的能量， 所以就沒有可以回流的能量。圖2.1.2_1 D類功放半橋

21、結(jié)構(gòu)圖2.1.2_2 D類功放全橋結(jié)構(gòu)2.2 D類音頻功放的設(shè)計要素及解決方案2.2.1 輸出晶體管設(shè)計選擇輸出晶體管尺寸是為了在寬范圍信號調(diào)理范圍內(nèi)降低功耗。 晶體管尺寸的選擇是傳導(dǎo)期間將IDS×VDS損失降至最小與將開關(guān)損耗降至最小之間的一個折衷。在高輸出功率情況下， 功耗和效率主要由傳導(dǎo)損耗決定,而在低輸出功率情況下， 功耗主要由開關(guān)損耗決定。影響高性能功放的關(guān)鍵因素是功率橋電路中的開關(guān)。 在開關(guān)過程中產(chǎn)生的功率損耗、 死去時間和電壓、 電流瞬時毛刺等都應(yīng)該盡可能的最小化來改善功放的性能。2.2.2 輸出級保護(hù)過熱保護(hù)： 為了防止過熱危險， 需要溫度監(jiān)視控制電路。輸出晶體管過流

22、保護(hù)： 簡單保護(hù)方案中， 如果輸出電流超過安全閾值， 則輸出級關(guān)斷。 較復(fù)雜的保護(hù)方案中， 電流傳感器輸出反饋到放大器中， 將限制輸出電流到一個最大安全水平， 同時允許放大器連續(xù)工作而無須關(guān)斷。 在這個方案中， 如果限流保護(hù)無效， 最后是強制關(guān)斷。有效的限流器還可在由于揚聲器共振出現(xiàn)暫時的大瞬態(tài)電流時保持放大器安全工作。欠壓鎖定保護(hù)： 只有當(dāng)正電源電壓足夠高時才能正常工作。 如果電源電壓太低， 出現(xiàn)欠壓情況， 就會出現(xiàn)問題， 通常通過欠壓封鎖電路來處理， 只有當(dāng)電源電壓大于欠壓封鎖閾值時才允許輸出級工作。輸出晶體管導(dǎo)通時序：MH和 ML輸出級晶體管具有非常低的導(dǎo)通電阻， 在一個晶體管導(dǎo)通之前，

23、晶體管的先開后合， 可以強制兩個晶體管都斷開， 以防止沖擊電流情況發(fā)生。兩個晶體管都斷開的時間間隔稱為非重疊時間或死區(qū)時間。2.2.3 不完美失真和噪聲理想D類功放無失真， 在可聽波段沒有噪音且效率為 1 00%。 實際的 D 類功放并不完美并且會有失真和噪音。 原因是： 從調(diào)制器到開關(guān)級， 由于分辨率限制和時間抖動而導(dǎo)致的 PWM 信號中的非線性； 加在柵極驅(qū)動上的時間誤差， 如死區(qū)時間、 開通關(guān)斷時間、 上升下降時間； 開關(guān)器件上的不必要特征， 比如限定電阻， 限定開關(guān)速度或二極管特征； 雜散參數(shù)導(dǎo)致過度邊緣的震蕩； 由于限定的輸出電阻和通過直流母線的能量的反作用而引起得電源電壓波動； 輸

24、出 LPF中的非線性。一般來說， 在柵極信號中的開關(guān)時間誤差是導(dǎo)致非線性的主要原因。 特別是死區(qū)時間嚴(yán)重影響了 D類功放的線性。2.2.4 EMI問題EMI的主要來源是從高到低流動的MOSFET二極管的反向恢復(fù)電荷， 和電流直通很相像。在嵌入到阻止直通電流的死區(qū)過程中， 在輸出LPF中的電感電流打開體二極管。 在下一個階段中， 當(dāng)另外一端的MOSFET在死區(qū)未打開時， 晶體管保持導(dǎo)通狀態(tài)， 除非儲存的大量少數(shù)載波被完全復(fù)合。這個反向的恢復(fù)電流趨向于形成一個很尖的形狀。 因此， PCB布線設(shè)計對減小EMI和系統(tǒng)可靠性至關(guān)重要的。有些 D 類功放輸出級的采用耳機(jī)自帶的 LC 濾波器， 省去了外部的

25、 LC 濾波器， 降低了系統(tǒng)成本。 免濾波器工作方式的一個缺點就是可能通過揚聲器電纜輻射 EMI。 由于 D 類放大器的輸出波形為高頻方波， 并具有陡峭的過渡邊沿， 因此輸出頻譜會在開關(guān)頻率及開關(guān)頻率倍頻處包含大量頻譜能量。 在緊靠器件的位置沒有安裝外部輸出濾波器的話， 這些高頻能量就會通過揚聲器電纜輻射。 采用擴(kuò)頻技術(shù)可以降低 EMI。擴(kuò)頻調(diào)制有效展寬了輸出信號的頻譜能量， 而不是使頻譜能量集中在開關(guān)頻率及其各次諧波上。 換句話說， 輸出頻譜的總能量沒有變， 只是重新分布在更寬的頻帶內(nèi)。 這樣就降低了輸出端的高頻能量峰， 因而將揚聲器電纜輻射 EMI的機(jī)會降至最少。 雖然一些頻譜噪聲可能由擴(kuò)

26、譜調(diào)制引入音頻帶寬內(nèi)， 這些噪聲可以被反饋環(huán)路的噪聲整形功能抑制掉。2.2.5 濾波器設(shè)計濾波器設(shè)計的好壞直接影響放大器的帶寬和THD特性。 用適當(dāng)?shù)慕刂诡l率和濾波器滾降系數(shù)來獲得最小失真的音頻信號。如截止頻率為30kHz的濾波器通過20kHz 的音頻， 誤差小于 1dB； 對于 16kHz 的信號誤差小于0.4dB。應(yīng)該根據(jù)具體情況選擇輸出濾波器的類型， 對于大多數(shù)應(yīng)用來說， 最好選擇具有平坦的通帶和較好的相位響應(yīng)的巴特沃斯濾波器。輸出濾波器的設(shè)計應(yīng)該依據(jù)系統(tǒng)的頻率響應(yīng)和開關(guān)頻率， 頻率越低， 輸出濾波器的截止頻率就越低。例如， 截止頻率為30kHz的2 階平衡式無源RLC濾波器， 足以滿足

27、250kHz的開關(guān)頻率。輸出濾波器的截止頻率越低， 放大器的帶寬就越窄。例如， 5kHz的截止頻率足以滿足電信設(shè)備的音頻放大， 但對于收音機(jī)或者CD播放器就不適合。 D類放大器中PWM輸出方波的頻率遠(yuǎn)大于人耳和喇叭的響應(yīng)，所以人耳的有限頻帶寬度和喇叭的頻率響應(yīng)可以用于確定輸出濾波器的開關(guān)頻率。即使采用高頻方波驅(qū)動喇叭可以產(chǎn)生不錯的音頻效果， D類放大器也需要輸出濾波器， 因為外部 LC 輸出濾波器可以吸收開關(guān)頻率的能量。沒有輸出濾波器， 這些能量和音頻信號能量將全部加到喇叭上， 沒有音頻信號時， D類放大器仍然工作在開關(guān)狀態(tài)， 并提供電流給負(fù)載， 所以 D 類放大器的高頻特性會損壞喇叭。 另外

28、， 輸出濾波器也可以降低電磁干擾。3. 總結(jié)和展望隨著 PWM 調(diào)制器技術(shù)和擴(kuò)頻技術(shù)的應(yīng)用， D 類放大器將在音頻功放應(yīng)用領(lǐng)域盛行起來。 現(xiàn)代 D 類放大器除具有 AB 類放大器的所有優(yōu)點（即良好的線性和最小的電路板空間）外，更具有高效、低功耗等優(yōu)點 。有多種 D類放大器可供選用， 以滿足各類應(yīng)用需求。 這些應(yīng)用包括低功耗便攜式應(yīng)用（如蜂窩電話和筆記本電腦）， 電池壽命、 電路板空間和EMI兼容性要求在這類應(yīng)用中至關(guān)重要； 還包括大功率應(yīng)用（如車載音響系統(tǒng)或平板顯示器， 最大限度降低散熱需求和發(fā)熱量在這類應(yīng)用中必不可少。 D類放大器固然性能出色，也面臨著不少的設(shè)計挑戰(zhàn)。在進(jìn)行50W500W的大功率的 D 類音頻放大器的應(yīng)用設(shè)計中， 面臨以下問題：對于許多音頻設(shè)備設(shè)計者而言為一新領(lǐng)域， 特別是在EMI 和濾波設(shè)計方面； 過電流保護(hù)設(shè)計比較復(fù)雜。 隨著 D 類音頻放大器的技術(shù)的發(fā)展，它將用于中、高檔音頻系統(tǒng)完全替代 AB 類音頻放大器。參 考 文 獻(xiàn)1 李瀚蓀.電路分析基礎(chǔ)